Ekologie Rašelinišť 5. Hlavní ekologické gradienty:

Prezentace na téma: "Ekologie Rašelinišť 5. Hlavní ekologické gradienty:"— Transkript prezentace:

1 Ekologie Rašelinišť 5. Hlavní ekologické gradienty:
teplota, hloubka rašeliny, hemerobie, sukcese

2 Rašeliniště a teplota Řada rašeliništních druhů jsou druhy chladnomilné, a patří k nim i kalcikolní druhy. Carex microglochin: jižní Sibiř, arktické zóny Ameriky a Evropy, Alpy, v Karpatech i Sudetech chybí Chladnomilné druhy na okraji areálu zmenšují své populace a mají snížený fitness. Ranunculus reptans, boreální druh. Ve Skandinávii je hojný, u nás jen sterilní ve Vysokých Tatrách (typický okraj areálu).

3 Rašeliniště a teplota Řada rašeliništních druhů jsou za chladnomilné považovány, ale někde rostou i v teplých nížinách nebo na teplých pramenech – jde spíš o vazbu na nízkoproduktivní vegetaci a o reliktnost (kontinuální výskyt od doby ledové na starých rašeliništích). Recentní výskyt ale bývá často omezen na chladnější oblasti, kde stará rašeliniště dodnes přežívají. Primula farinosa Ligularia sibirica Pedicularis sceptrum-carolinum Vertigo geyeri V chladnějších oblastech (Alpy, Sibiř, severní Skandinávie) nahrazen druhem V. genesii. Ve střední Evropě se tyto druhy vystřídali na přelomu glaciálu a Holocénu.

4 Rašeliniště a teplota Izolované výskyty chladnomilných druhů v nížinách pak mohou vést i ke speciaci a vzniku endemismu: Armeria alpina subsp. barcensis u Brašova v Rumunsku

5 Další příklady chladnomilných druhů, schopných přežívat na starých lokalitách v podhůří. Kauzální příčiny chladnomilnosti jsou různé, od ekofyziologie, přes biologii až kompetici. Vertigo lilljeborgii Saxifraga hirculus Paludella squarrosa

6 Efekt na druhové složení je menší ve srovnání s gradientem vápnitosti, ale když analyzujeme jeden trofický typ zvlášť, projeví se. Druhové složení horských (chladných) slatinišť se například liší od podhorských a nížinných, otázkou však je, nakolik v tom hraje roli historie a topografie. Jiménez-Alfaro et al. 2013, AVS

7 Rašeliniště a teplota Na velké prostorové škále se projevuje makroklimatický gradient Obrázek ukazuje rozšíření „oceanického“ druhu Sphagnum papillosum a „subkontinentálního“ druhu S. warnstorfii v západní kanadě v závislosti na srážkách a teplotě (Gignac 1994).

8 Rašeliniště a teplota Tento gradient oceanita-kontinentalita je komplexní gradient, na němž se podílí i teplota, zejména teploty v zimě. Ekologické vysvětlení však může být opět zamlženo historickými migračními a extinkčními událostmi. Carex coriophora, kontinentální druh Narthecium ossifragum, oceanický druh

9 Příklad: subatlantské migranty běžné v Českém Masívu, ale v Karpatech vzácné, vyskytující se zejména v oblasti Beskyd Sphagnum auriculatum Hydrocotyle vulgaris Lycopodiella innundata Montia fontana

10 Teplota působící přes evapotranspiraci
Sphagnum warnstorfii tam, kde jsou horká suchá léta Rozšíření Sphagnum warnstorfii v Evropě Proč? Vzpomeňte na vzlínání vápníku za sucha a jeho vyplavování za mokra Sphagnum warnstorfii (a Sphagno-Tomenthypnion)

11 Teplotní gradient na malé prostorové škále
Je důležitý zejména pro bezobratlé a jiné malé organismy. - Šlenky jsou relativně teplé ostrůvky v chladném biotopu vrchovišť - ale jen ve dne a v létě. Šlenky mají ze všech mikrobiotopů rašelinišť největší amplitudu DEN-NOC (Neuhäusl 1975). Okolí šlenků rovněž roztává jako první. Molhaşul Mare de la Izbuc, Rumunsko Tăul lui Dumitru, Rumunsko

12 Teplotní gradient na malé prostorové škále
Hlubší půdní vrstvy rašelinišť mají nižší teplotu než obdobné vrstvy minerálních půd; a to po celý rok (Neuhäusl 1975). Povrch rašelinišť se během dne silně ohřívá (zejména rašelina bez vegetace). Prudký teplotní gradient nastává v horních 10 cm, ale s večerem se povrch ochlazuje rychleji než hlubší vrstvy, teplotní gradient se otáčí (viz niky pavouků). Teplotní poměry lesních vrchovišť jsou podobnější otevřeným rašeliništím a rašelinným loukám než lesům (Neuhäusl 1975). Vyrovnaně chladná jsou slatiniště na vydatných hlubinných pramenech nebo stružky prameništních luk

13 Teplotní gradient Na malé prostorové škále působí rovněž jako zprostředkující faktor. Na vápnitých slatinách totiž přímo ovlivňuje srážení pěnovce, který je pak substrátem pro další organismy. Grootjans et al zjistili, že na když chladná voda z podzemí přitéká do jezírka, prohřívaného letním sluncem, dochází k velmi intenzivnímu srážení pěnovce.

14 Gradient hloubky rašeliny
Hloubka rašeliny nezávisí na vápnitosti lokality (Zoltai et al. 2000). Tento gradient se na složení vegetace projevuje: * v případě mělké vrstvy rašeliny, kdy může hladina vody poklesat pod rašelinnou vrstvu. * ve složení bylinného patra šlenků

15 Gradient dostupnosti uhlíku z vody na mělkých kyselých rašeliništích
Patberg et al. (2013, Preslia) upozornili na to, že na vrchovištích s mělkou (odtěženou) vrstvou rašelinišť může nedostatek rozpuštěného CO2 ve vodě limitovat růst rašeliníků. Na hlubších rašelinách vzniká CO2 při dekompozici. Dobře se obnovující rašeliniště

16 „Mire margin - Mire expanse gradient“
Je komplexní gradient, který byl zdůrazňován staršími Skandinávskými autory, ale v současných přehledech není akceptován jako samostatný gradient - je spíše funkcí hladiny vody, obsahu minerálů a hloubky rašeliny.

17 „Mire margin - Mire expanse gradient“
živiny stálost vodní hladiny hloubka rašeliny, organický podíl

18 Gradient vzdálenosti od pramene (spring - flush - fen gradient)
Je komplexní gradient, který je vzácněji uváděn některými autory zdůrazňujícími rozdíl mezi spring fen přímo na pramenném vývěru a flush fen dál od vývěru, s akumulovanou rašelinou a vodou protékající víceméně povrchově. Jedná se o kombinaci vlivu pH (vyšší pH v proudící vodě, „hromadění acidity“ po proudu) a jeho stability, organického podílu a množství živin (odplavovány z vývěru).

19 Gradient hemerobie Dierssen et Dierssen (2001) uvádějí 10 stupnů hemerobie rašelinišť, od ahemerobního (H0, zcela nenarušené rašeliniště), přes oligo-, meso-, eu-, poly- až po metahemerobní rašeliniště. Souvisí zejména s antropickými činnostmi vedoucími ke zničení rašeliniště, nejvyšší stupně jsou vytěžená a odvodněná rašeliniště nebo nitrofylní porosty. Za ahemerobní rašeliniště jsou považována pouze rašeliniště bez jakéhokoliv lidského vlivu. Rašelinné louky jsou již zařazeny v určitých stupních hemerobie. Tento gradient lze tedy zčásti interpretovat i jako gradient „lučnosti“. Z hlediska ekologických faktorů je lučnost opět komplexním gradientem, kde se kombonuje vliv přístupnosti živin, hloubky rašeliny a vodního režimu.

20 Ekologické gradienty a sukcese
Gradient nasycení bázemi ve vztahu k sukcesi Při dlouhodobém autogenním vývoji minerotrofních rašelinišť dochází k postupné acidifikaci a oligotrofizaci. Podmínkou pro tuto sukcesi je uchycení se kalcitolerantních rašeliníků, které okyselují prostředí a odčerpávají živiny. V okyseleném polštáři kalcitolerantních rašeliníků se mohou uchytit acidofyty a v případě dostatečného zásobení vodou rychlým růstem vytlačit kalcitolerantní druhy a změnit zcela typ rašeliniště. Tento vývoj byl paleoekologicky často dokázán v severní Americe, zejména v Kanadě. U nás jej dokumentovala např. Jankovská v Třeboňské pánvi, kdy zachytila vývoj od jezer přes vápnitá slatiniště až k vrchovištím.

21 Kuhry et al. 1993 in Vitt 2000 Sph. fuscum
2800 BP 3250 BP Sph. angustifolium, Sph. magellanicum Sph. subsecundum 4300 BP 5000 BP Drepanocladus, Sph. warnstorfii, Meesia Typha, Chara

22 Ombrotrofikace (tzv. fen-bog transition) nastává často při poklesu hladiny vody, následuje expanze rašeliníků nebo Polytrichum commune. K tomu dochází v sušších obdobích Holocénu (práce P. Hughese z UK) nebo recentně změnami vodního režimu v krajině. Tahvanainen 2011 J Ecol kombinoval letecké snímky a analýzy profilů, změnu k dominanci rašeliníků našel v hloubce 23 cm pod povrchem

23 Jaká je role rašeliníků při sukcesi od slatiniště k vrchovišti?
Existují dvě protichůdné představy Rašeliníky mají větší schopnost acidifikace než hnědé mechy, jejich uchycení (náhodné nebo po poklesu hladiny vody) tedy způsobí acidifikaci a vegetační změnu Rašeliníky nemají větší schopnost acidifikace než hnědé mechy a sukcese se děje bez ohledu na jejich přítomnost, hlavním zdrojem acidity je nahromaděný organický materiál během sukcese, rašeliníky se vyskytují kvůli této kyselosti (a ne naopak)

24 - CEC je stejná u rašeliníků jako u hnědých mechů
Soudzilovskaia et al. 2010, Ecology - CEC je stejná u rašeliníků jako u hnědých mechů zdrojem acidity je katotelm který se vytváří usazováním organického materiálu a jeho částečnou dekompozicí

25 Ekologické gradienty a sukcese
Gradient nasycení bázemi a sukcese Zrychlení sukcese: * spad síranů (kyselé deště) - S. recurvum agg. je rezistentní k síranům, často jako jediné Sphagnum přežije - a je to silný acidifikátor. Kyselé deště taky samozřejmě způsobují přímou acidifikaci. * spad dusíku, eutrofizace dusíkem a fosforem - S. recurvum agg. rychleji roste, škodlivý Ca ukládá do starých pletiv. Může proto obsadit i relativně vápníkem bohaté stanoviště a vytlačit kalcitolerantní rašeliníky. Alternativní vysvětlení jeho šíření je pokles hladiny vody a menší kontak t s vápníkem. Objevení se rašeliníků na okrajích alkalických jezer díky spadům S a N může mít i dopady na celý ekosystém - vlivem acidifikace dochází k úhynu původní ichtyofauny.

26 Ekologické gradienty a sukcese
Jiný způsob sukcese zprostředkované rašeliníky můžeme pozorovat v chladných a humidních lesních oblastech: Sphagnum v takovém podnebí expanduje z rašelinišť do lesů a paludifikuje je. Uvolnění kyselin z rašeliniště způsobí zpodzolovatění - vznik oxidů Fe, které „zabetonují“ půdu. Les se zamokří, smrky odumřou a vznikne rašeliniště. Jedná se vlastně o jednu z možností paludifikace. Postupná paludifikace v okolí finského vrchoviště, doložená C14 datováním

27 6. Ekologická role mechorostů na rašeliništích
Ekologie Rašelinišť 6. Ekologická role mechorostů na rašeliništích

28 Ekologická role mechorostů
Mechorosty jsou dominantní složkou rašelinišť co do biomasy a produkce. Jejich špatně rozložené části jsou hlavní složkou rašeliny. Mají rozhodující význam pro ekologii rašelinišť a vykazují četné ekologické rozdíly oproti cévnatým rostlinám, které dominují na většině terestrických biotopů. Jsou tzv. ekosystémovými inženýry a dominance určité funkční skupiny mechorostů ovlivňuje druhové složení jiných skupin organismů. Na druhové úrovni (obrázky) vykazují silnou kongruenci zejména s ostatními makroorganismy (cévnaté rostliny, makrohouby), na úrovni funkčních skupin (rašeliníky vs. hnědé mechy) i s mikroorganismy, Jizerské hory, vrchoviště Jeseníky část vrchovišť byla povápněna Hájek et al. 2014, Hydrobiologia

29 Poznámka: Velká biomasa mechů ale neznamená automaticky velkou druhovou bohatost
Hájková et Hájek 2003, moravsko-slovenské pomezí

30 Ekologická role mechorostů
1. Sekvestrace (poutání) živin - oligotrofizace Živiny jsou po přidání do rašeliniště okamžitě poutány mechy, jen necelá 2% využijí cévnaté rostliny. Mechy přijímají živiny celým povrchem těla a přímo „hydroponicky“ z vody. To je pro ně výhodné zejména na vrchovištích, kde veškeré živiny přicházejí ze srážek.

31 Sekvestrace živin Pro cévnaté rostliny se živiny stávají přístupné jen: a) při dekompozici odumřelých mechů v rhizosféře. Ve výhodě jsou v tomto případě rostliny, které koření těsně pod povrchem. b) při extrémním přebytku dusíku v emisně zatížených oblastech: po překročení určitého poměru N:P a N:K už Sphagnum živiny nepřijímá. Přebytek N může být pro Sphagnum i toxický a zpomalit jeho růst. c) při poklesu hladiny vody (kontinentální oblasti, odvodnění) - oxidace a mineralizace organickým dusíkem bohaté vrstvy rašeliny oceanická kontinentální cévnaté rostliny d) na bultech, kde je díky provzdušnění rychlejší mineralizace N a P e) na vápnitých slatinách s rychlejším rozkladem odumřelé biomasy

32 Jak vlastně probíhá výživa mechů?
Ekologická role mechorostů Jak vlastně probíhá výživa mechů? - příjem celým povrchem těla z roztoku. Van Tooren však prokázal, že Calliergonella cuspidata dokáže přijímat hlavní živiny i z půdy pomocí rhizoidů! To má význam zejména v biotopech s poklesající hladinou vody (rašelinné louky). - výměna kationtů za vodíkový iont (cation exchange capacity). - využívání i jednoduchých organických forem fosforu za pomoci fosfatázy je speciální vlastností zejména vrchovištních rašeliníků - přednostní využívání amoniakální formy dusíku z atmosferické depozice (NH4) bylo prokázáno u Calliergonella cuspidata; naopak u rašeliníku se však prokázalo i přímé využívání nitrátové formy (NO3). - vnitřní recyklace živin. Rydin et Clymo (1989) prokázali přesun N a P ze starých do nových částí Sphagnum recurvum pomocí plazmodemat spojujících buněčné stěny. Později byly popsány i vodivé buňky.

33 Ekologická role mechorostů
Brehm (1971) popsal uvolňování kationtů (Ca, Mg) z mrtvých částí rašeliníků a jejich kapilární vzestup do horních částí rašeliníků v suchém období* - tento jev nazval iontová pumpa. Za deště se kationty vymývaly z buněk a byly zpětně absorbovány. * Poulíčková et al objevili výskyt kalcifilních řas jako epifytů na kalcifobním rašeliníku. Vysrážené uhličitany Cévnaté rostliny mají rovněž mechanizmy ke stáhnutí N a P do podzemních orgánů při stárnutí. Výjimkou je například Rhynchospora alba, která proto velmi trpí kompeticí s rašeliníky a vyhledává proto narušovaná místa bez souvislého koberce rašeliníků. Rhynchospora alba, foto z www

34 2. Poutání vody Rašeliníky zadrží vodu o násobku své suché váhy; víc vody zadrží bultové než šlenkové druhy. Toho využívají cévnaté rostliny kořenící v mechu. Po velmi vydatných deštích dosáhne Sphagnum maximální vodní kapacity; jiné substráty (mechy, hrabanka, minerální půda, rozložená rašelina) jí nedosáhnou. V průměru však největší obsah vody na rašeliništi nemá Sphagnum, ale silně rozložená rašelina > minerální půda pod vrstvou rašeliny > hrabanka > rašeliníky. Nejsušší jsou lesní druhy mechů. (Zdroj: Neuhausl 1975)

35 3. Acidifikace Viz kapitola o acidifikaci a jejímu vlivu na sukcesi. Aktivní acidifikace rašeliníků výrazně mění prostředí pro cévnaté rostliny i pro řasy a bezobratlé - Sphagnum se stává faktorem prostředí. 4. Růst - kompetice o prostor Prodlužování lodyžek rašeliníků se děje pod fotosyntetizujícím kapitulem a je synchronizováno mezi rostlinkami - roste celý koberec. Mezi lodyžkami funguje kapilární vzlínání vody až do výšky ca cm. Šlenkové druhy rostou rychleji (na vrchovišti ca 10 cm/rok) než bultové (5 cm/rok). Pomalejší růst bultových druhů umožňuje růst keříčkům cévnatých rostlin, které by jinak byly přerosteny. Klonální druhy cévnatých rostlin rostoucí v rašelině stěhují svá růstová pletiva (meristémy) umístěné na povrchu rašeliny směrem nahoru: Drosera rotundifolia, Trichophorum caespitosum, Pinguicula vulgaris, Narthecium ossifragum.

36 Postupný růst (v letech) rosnatky s rašeliníkem (Weber 1902).
Rychlý růst rašeliníků ze sekce Cuspidata Hammarbya paludosa Důležité pro ochranu kompetičně slabších druhů !!!

37 Růst - kompetice o prostor
Jinou strategii mají dřevnaté keříčky - jejich růstové meristémy jsou v horních částech dlouho žijících nadzemních prýtů. Z rašeliníkem přerostlých částí sice vyženou adventivní kořeny, ale z jednou přerostlé lodyhy už nová nadzemní část nevyroste. Přerostení rašeliníkem je jeden z hlavních důvodů pro a) ústup mělce kořenících cévnatých rostlin (např. Drosera rotundifolia) z eutrofizovaných slatinišť b) neuchycení se stromů na rašeliništi. Uchycování stromů zkoumal opět Neuhäusl (1975) na Velkém Dářku: - Betula pubescens se uchytila i na rychle narůstajícím rašeliništi, ale jen za dostatku živin. - Pinus rotundata a Pinus sylvestris se uchycovali jen na pomalu rostoucím rašeliništi - Na bultu Sphagnum magellanicum se i přes pomalé narůstání rašeliny žádné semenáčky neuchytily - bylo zde příliš málo živin.

38 5. Kompetice o světlo Silné zastínění cévnatými rostlinami (> 50%) zastavuje růst rašeliništních (ne lesních) druhů r. Sphagnum. Slabé zastínění stimuluje naopak mechy ke zvýšení přírůstku a ke zvýšení mechového patra, které je však volnější. Díky volnějšímu mechovému patru proniká světlo i pod povrch mechového polštáře a zvyšuje se asimilační plocha. Mechy rostou až k růstovým pletivům cévnatých rostlin a mohly by jejich růst ovlivňovat. K tomu však většinou nedojde, protože volné a vysoké polštáře vedou hůř kapilární vodu a růst mechového polštáře se proto zastaví. Zastínění opadem např. při nekosení rašelinných luk mívá pro mechy fatální důsledky, protože blokuje růst mechů na podzim, kdy by jinak měly dostatek vody (a v případě kosených rašelinných luk i prostoru) k růstu.

39 Asymetrická kompetice mezi mechorosty a cévnatými rostlinami – shrnující konceptuální model (Rydin et Jeglum 2006)

40 5. Interakce mezi cévnatými rostlinami a mechorosty na gradientu od bultu ke šlenku.

41 5. Interakce mezi cévnatými rostlinami a mechorosty na gradientu od bultu ke šlenku.
Lawn - hustější bylinné patro, kořeny pod povrchem v oxické vrstvě Bult - keříčky s plagiotropickým růstem + Eriophorum vaginatum (má hluboké kořeny a podobný růstový pattern jako keříčky). Kořeny cévnatých rostlin tvoří podpůrnou matici pro vedení vody. Šlenk - řídké bylinné patro s kořeny hluboko pronikajícími do minerálního podloží díky aerenchymu (ostřice)

42 6. Interakce mezi mechorosty a ostatními skupinami organismů
- Velká část testaceí, řas a hub je vázána přímo na mechový substrát, nejčastěji Sphagnum. Řasy, sinice a někteří bezobratlí žijí přímo v buňkách rašeliníků.

43 6. Interakce mezi mechorosty a ostatními skupinami organismů
- Houby rodu Leptoglossum (meší ouško) mají za substrát „hnědé mechy“, ne rašeliník. Např. Tomenthypnum nitens, Drepanocladus cossonii, Aulacomnium palustre, Calliergonella cuspidata) - Lišejník Absconditella sphagnorum roste přímo na rašeliníku (podobně jako některé jiné askomycety i bazidimycety)

44 6. Interakce mezi mechorosty a ostatními skupinami organismů
- Askomyceta Discinella schimperi nebo lichenizovaná askomyceta Absconditella sphagnorum parazitují na rašeliníku. sec. Flatberg 2013

45 6. Interakce mezi mechorosty a ostatními skupinami organismů
- Vířníci žijící přímo v hyalocytách sec. Flatberg 2013

46 Rašeliníky a „Grimovy“ strategie
I mezi rašeliníky lze rozlišit S stratégy (bultové druhy), C stratégy (šlenkové druhy ze sekce Cuspidata) a R stratégy. Ti hodně plodí a vyhledávají vhodná sukcesně málo pokročilá stanoviště (vytěžená rašeliniště, odvodňovací kanály apod.). K R stratégům patří např. Sphagnum riparium nebo S. fimbriatum.